近红外光谱分析技术在线检测乳液聚合反应的应用

论文摘要

乳液产品在诸多领域都有着广泛的应用,但在乳液聚合生产中缺乏一种分析手段能够对乳液体系的性质进行快速测量,从而来指导乳液聚合反应的进行。近红外光谱分析技术以其分析速度快、不破坏样品、可在线测量等特点为在线测量乳液聚合体系的性质提供了方法。本课题以苯乙烯(St)/丙烯酸丁酯(BA)乳液共聚体系为研究对象,采用光纤和透反射式探头在线测量乳液聚合体系的近红外吸收光谱,并在反应中按一定时间间隔测量反应体系的近红外光谱,并同时取样。分别采用气相色谱、动态光散射、烘干称重、凝胶色谱和氢谱核磁共振法对乳液样品进行测量,得到其残余单体含量、乳胶粒子尺寸、乳液固含量、重均分子量和共聚物中St摩尔百分含量等性质数据。用多元校正方法将性质数据与近红外光谱关联,建立乳液的残余单体含量、乳胶粒子尺寸、乳液固含量、乳液重均分子量和乳液共聚物组成的校正模型。研究结果表明,近红外光谱预测值与参考方法测量值相一致,说明近红外光谱对乳液体系的上述性质进行测量是可行的。根据预测值和对实际值之间的平方相关系数(R~2)和交互验证标准差(SEC),对不同光谱预处理方法对校正模型的影响进行了研究,发现多元散射校正可以有效的消除光谱信息中乳胶粒子光散射造成的噪音,能够提高校正模型的平方相关系数,并降低校正模型的交互验证标准差。但对乳胶粒子尺寸校正模型,不能光谱数据进行MSC处理,因为散射信息与乳胶粒子尺寸具有相关性,是建模的有用信息。使用校正模型对乳液反应体系的残余单体含量进行在线测量,得出乳液聚合过程中残余单体含量的连续变化图,其变化规律与乳液聚合理论相一致。并通过对反应体系中残余单体含量的实时测量,分别采用FR法、YBR法和曲线拟合法计算乳液聚合反应中两种单体的竞聚率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 背景
• 1.2 近红外光谱表征聚合物的现状与进展
• 1.2.1 近红外光谱简介
• 1.2.2 近红外光谱分析在聚合物表征中的应用
• 1.2.3 聚合物表征中的近红外光谱技术
• 1.2.4 近红外光谱分析中的化学计量学方法
• 1.2.5 近红外光谱分析中的光谱预处理方法
• 1.3 竞聚率的计算方法
• 1.3.1 直线交点法
• 1.3.2 FR法
• 1.3.3 YBR法
• 1.3.4 曲线拟合法
• 1.4 论文选题的目的和意义
• 1.5 课题研究内容和创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 原料和试剂
• 2.2 实验仪器和设备
• 2.3 乳液聚合反应设计
• 第三章 实验数据的解析
• 3.1 基础数据分析方法
• 3.1.1 残余单体含量
• 3.1.1.1 顶空进样法
• 3.1.1.2 直接进样法
• 3.1.2 共聚物组成
• 3.1.3 其它性质
• 3.2 近红外测量光程的选择
• 3.3 近红外光谱解析
• 3.3.1 光谱区间的选择
• 3.3.2 光谱预处理
• 3.3.3 谱带的归属
• 3.3.4 主成分分析
• 第四章 校正模型的建立
• 4.1 残余单体含量校正模型
• 4.1.1 样品和光谱区间的选择
• 4.1.2 光谱预处理方法
• 4.1.3 校正模型的建立
• 4.2 乳胶粒子尺寸校正模型
• 4.2.1 样品和光谱区间的选择
• 4.2.2 光谱预处理方法
• 4.2.3 校正模型的建立
• 4.3 乳液固含量校正模型
• 4.3.1 样品和光谱区间的选择
• 4.3.2 光谱预处理方法
• 4.3.3 校正模型的建立
• 4.4 重均分子量校正模型
• 4.4.1 样品和光谱区间的选择
• 4.4.2 光谱预处理方法
• 4.4.3 校正模型的建立
• 4.5 共聚物组成校正模型
• 4.5.1 样品和光谱区间的选择
• 4.5.2 光谱预处理方法
• 4.5.3 校正模型的建立
• 4.6 小结
• 第五章 乳液聚合体系的在线测量和竞聚率的计算
• 5.1 乳液聚合的在线测量
• 5.1.1 在线测量残余单体St含量
• 5.1.2 在线测量残余单体BA含量
• 5.2 竞聚率的计算
• 5.2.1 FR法计算竞聚率
• 5.2.2 YBR法计算竞聚率
• 5.2.3 曲线拟合法计算竞聚率
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢